改進熱處理性能的方法

　　abstract:Furnace builders are employing new design features to improve the overall temperature distribution of their equipment: Careful design of the energy and power density along with improved atmosphere flow patterns has led to very good useful working volumes.
　　摘要:熱處理爐制造商正在采用新特點的設計改進他們設備的總體溫度分布：伴隨改進的環境流模式，仔細設計的能量與動力密度已經帶來非常好的有用的工作能力。
　　對航空（典型的，Nadcap 和AMS2750美軍標準）與汽車（TS16949試驗裝置）客戶來說，過程一致性是主要的問題，兼容更高的可接受的標準正在熱處理設備制造商與客戶之間建立信心。當熱處理爐設計與專家過程控制系統的設計匹配時，這是特別真實的。歐陸（Eurotherm）公司已經具有航空與汽車熱處理規范的獨特知識。這些知識和特別設計的產品與系統幫助確保被控參數時刻保持在可接受的范圍內。
　　現代控制系統設計主要考慮三個問題：
　　① 有低熱量物質隔離的大多數現代熱處理爐的增益和熱滯后正在變成負荷大小與設定點的主要因素，而不是熱處理爐結構或其本身部件。
　　② 特別考慮實際工作量的溫度，客戶正在他們的控制算法中尋找，因此更多熱處理利用特定工作量溫度優化的方法。
　　③ 可接受的熱處理一般通過特定分級定義熱處理爐批準。為獲得生產規劃的最大效率和工作量能力的最高值，熱處理設備一直在最恰當等級工作很關鍵。
　　客戶反復出現的問題都是過量的工作量溫度漂移，它發生在啟動或軌跡斜坡，甚至發生在被控區域與要求的熱軌跡非常接近時。因為許多工件有不同的截面積，討厭的溫度漂移導致破壞性的后果，特別在負荷的薄截面零件。這些漂移能引起熱處理爐故障審計。正因為此，許多用戶轉而采用過度消除與增益優化相當粗劣的方法，它一直添加到熱處理循環時間內。
　　典型的熱循環如圖1所示，不需要考慮根據負荷要求優化熱處理爐控制。

圖1 典型的熱循環

　　圖1顯示控制非常謹慎的方法，確保沒有額外的溫度漂移， 它使部分原件處理延遲時間變長,也延長了處理工作時間.
一些公司提供容易實施的解決方案，在他們的多回路，軟接線產品中建立一定范圍的控制策略。典型的案例如圖2所示：

圖2控制策略

這樣安排的好處如下：
① 根據數學函數，有能力從一定量熱電偶中做出選擇；
② 超前程序斜坡/保持變換（ramp/dwell transition），避免軌跡斜坡超調；
③ 主從回路獨特的反逆（cutback）特點，實現最快的工作溫度校正，而不妥協穩態控制的調節；
④ 主從控制回路之間共享積分智能；
⑤ 程序段的斷點（Holdback），保證保持時間（dwell time）；
⑥ 根據設定點或具有設定范圍的過程變量，提供串級—前饋，確保控制薄厚截面材料溫度微分；
⑦ 主從回路PID控制，確保快速熱處理爐回路與緩慢的工件回路之間恰當的控制優化；
⑧ 可變動態調節，改進黑熱/輻射熱（black-heat/radiant- heat）邊界過渡；
⑨ 輸出閥動裝置特點用于非線性熱處理爐系統；
⑩ 注入過量空氣
熱循環中的變化如圖3所示：

圖3 具有串級控制和熱電偶選擇的典型循環

　　圖3顯示當解決方案有能力精確控制熱位差（thermal head）時，從此在熱處理爐內儲存熱，它有可能實現快速工件溫度校正時間，連續保持被認可的精度范圍。
　　隨著越來越多的用戶使用熱處理設備，改進熱處理成本，兼容更高的可接受的標準，熱處理設備的用戶認識到對他們的熱處理爐及其設備的控制性能稍加注意就能帶來處理時間，能量使用，審計兼容的好處。歐陸提供優化設備服務來滿足這種需要。
　　歐陸公司致力于開發和設計熱處理解決方案，連續加強和改進世界范圍內熱處理客戶的競爭力。
　　關于作者
　　Jim Tebbs是歐陸公司負責熱處理解決方案的全球商務經理，他已經在歐陸工作27年，期間，他一直從事熱處理商務和技術工作。在加入到歐陸之前，他在位于英格蘭達比市的羅爾斯•羅伊斯公司航空引擎集團公司（Rolls-Royce Aero Engine group）工作，負責材料處理和控制系統。
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